化工仪表自动化

1、 化工仪表自动化化工仪表表及自动动化第四章物物位检检测物位检测测的意义义及主要要类型压差式液液位计工作原理理零点迁移移问题用法兰式式差压变变送器测测量液位位其他物位位计电容式物物位计核辐射物物位计雷达式液液位计称重式液液罐计量量仪1目录：第一节物物位检检测的意意义及主主要类型型2几个概念念液位料料位液位计料料位计界界面面计测量物位位的两个个目的按其工作作原理分分为直读式物物位仪表表差差压压式物位位仪表浮力式物物位仪表表电电磁磁式物位位仪表核辐射式式物位仪仪表声声波式式物位仪仪表光学式物物位仪表表物位检测测仪表第一节物物位检检测的意意义及主主要类型型3分体式超超声波液液位计LIT25磁翻转液液位

2、计差压式液液位计4法兰式陶瓷液位变送器浮球液位变送器射频导纳料位仪56第二节差差压式式液位计计将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此7一、工作作原理图4-1 差压式液位计原理图第二节差差压式式液位计计 当用差压式液位计来测量液位时,若被测容器是敞口的,气相压力为大气压,则差压计的负压室通大气就可以了,这时也可以用压力计来直接测量液位的高低。若容器是受压的,则需将差压计的负压室与容器的气相相连接。以平衡气相压力 pA的静压作用。 结论8图4-2 负迁移示意图第二节差差压式式液位计计9二、零点迁移移问题在使用差压变送器测量液位时，一般来说实际应用中，正、负室压力p1、p2分别为则第二节差差压式

3、式液位计计迁移弹簧簧的作用用改变变送送器的零零点。迁移和调调零都是使变变送器输输出的起起始值与与被测量量起始点点相对应应，只不不过零点点调整量量通常较较小，而而零点迁迁移量则则比较大大。迁移同时改变变了测量量范围的的上、下下限，相相当于测测量范围围的平移移，它不不改变量量程的大大小。10第二节差差压式式液位计计某差压变变送器的的测量范范围为05000Pa，当压差差由0变化到5000Pa时，变送送器的输输出将由由4mA变化到20mA，这是无无迁移的的情况，如左图图中曲线线a所示。负负迁移如如曲线b所示，正正迁移如如曲线c所示。11一般型号号后面加加“A”的为正迁迁移；加加“B”的为负迁迁移。图4

4、-3 正负迁移示意图图4-4 正迁移示意图举例第二节差差压式式液位计计三、用法法兰式差差压变送送器测量量液位12图4-5 法兰式差压变送器测量液位示意图1法兰式测量头；2毛细管；3变送器第二节差差压式式液位计计三、用法法兰式差差压变送送器测量量液位 单法兰式 双法兰式 法兰式差压变送器按其结构形式13为了解决决测量具具有腐蚀蚀性或含含有结晶晶颗粒以以及黏度度大、易易凝固等等液体液液位时引引压管线线被腐蚀蚀、被堵堵塞的问问题，应应使用法法兰式差差压变送送器，如如下图所所示。第二节差差压式式液位计计图4-6 单法兰插入式差压变送器1挡板；2喷嘴；3弹簧；4反馈波纹管；5主杠杆；6密封片；7壳体；8

5、连杆；9插入筒；10膜盒图4-7 双法兰式差压变送器1挡板；2喷嘴； 3杠杆；4反馈波纹管；5密封片；6插入式法兰；7负压室；8测量波纹管；9正压室；10硅油；11毛细管；12密封环；13膜片；14平法兰14第三节其其他物物位计一、电容容式物位位计1.测量原理理图4-8 电容器的组成1内电极；2外电极两圆筒间的电容量C当D和d一定时，电容量量C的大小与与极板的的长度L和介质的的介电常常数的乘积成成比例。15通过测量量电容量量的变化化可以用用来检测测液位、料位和和两种不不同液体体的分界界面。第三节其其他物物位计2.液位的检检测4-9 非导电介质的液位测量1内电极；2外电极；3绝缘套；4流通小孔当

6、液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为 对非导电电介质液液位测量量的电容容式液位位传感器器原理如如下图所所示。当液位上升为H时，电容量变为电容量的变化为16第三节其其他物物位计 电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被测介质的介电系数与空气介电系数0不等的原理进行工作，（-0）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。 结论171金属电极棒；2容器壁图4-10 料位检测第三节其其他物物位计3.料位的检检测用电容法法可以测测量固体体块状颗颗粒体及及粉料的的料位。由于固固体间磨磨损较大大，容易易“滞留留”，可可用电极极棒及容容器壁组组成电容容器的两两极来测测量非导导电固体体料位

7、。左图所示示为用金金属电极极棒插入入容器来来测量料料位的示示意图。电容量变化与料位升降的关系为18第三节其其他物物位计优点电容物位位计的传传感部分分结构简简单、使使用方便便。缺点需借助较较复杂的的电子线线路。应注意介介质浓度度、温度度变化时时，其介介电系数数也要发发生变化化这种情情况。19射频电容容式液位位变送器器20第三节其其他物物位计二、核辐辐射物位位计 射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱，具体关系见式（4-9）。（4-9）图4-10 核辐射物位计示意图1辐射源；2接受器特点适用于高高温、高高压容器器、强腐腐蚀、剧剧毒、有有爆炸性性、黏滞滞性、易易结晶或或沸腾状状态的介介质的物物

8、位测量量，还可可以测量量高温融融熔金属属的液位位。可在高温温、烟雾雾等环境境下工作作。但由于放放射线对对人体有有害，使使用范围围受到一一些限制制。21第三节其其他物物位计三、雷达达式液位位计雷达式液液位计是是一种采采用微波波技术的的液位检检测仪表表。可以用来来连续测测量腐蚀蚀性液体体、高黏黏度液体体和有毒毒液体的的液位。它没有可可动部件件、不接接触介质质、没有有测量盲盲区,而且测量量精度几几乎不受受被测介介质的温温度、压压力、相相对介电电常数的的影响,在易燃易易爆等恶恶劣工况况下仍能能应用。优点22雷达液位位计23第三节其其他物物位计图4-12 雷达式液位计示意图 雷达波由天线发出到接收到由液

9、面来的反射波的时间t由下式确定 由于故雷达探测测器对时时间的测测量有微微波脉冲冲法及连连续波调调频法两两种方式式。24第三节其其他物物位计图4-13 微波脉冲法原理示意图要使用导导波管？25第三节其其他物物位计四、称重重式液罐罐计量仪仪既能将液位测得得很准，又能反反映出罐罐中真实的质质量储量量。称重仪根根据天平原理理设计。由于杠杆平衡时（3-64）代入（3-64）（3-65）如果液罐是均匀截面（3-66）（3-67）19第三节其其他物物位计图4-14 称重式液罐计量仪1下波纹管；2上波纹管；3液相引压管；4气相引压管；5砝码；6丝杠；7可逆电机；8编码盘；9发讯器式中如果液罐的横截面积A为常数

10、，得将式（3-67）代入式（3-65），得（3-68）20缆式液位位变送器器投入式液液位变送送器浮球液位位变送器器第三节其其他物物位计28例题分析析举例1.某贮罐内的压力变化范围为1215MPa，要求远传显示，试选择一台DDZ-型压力变送器 (包括准确度等级和量程)。如果压力由12MPa变化到15MPa，问这时压力变送器的输出变化了多少?如果附加迁移机构,问是否可以提高仪表的准确度和灵敏度?试举例说明之。 解：如果已知知某厂生生产的DDZ-型压力变变送器的的规格有有：010，16，25，60，100（MPa）精度等级级均为0.5级。输出信号号范围为为010mA。29025P/MPa10I/mA

11、124.861530例题分析析 由已知条件，最高压力为15MPa，若贮罐内的压力是比较平稳的，取压力变送器的测量上限为 若选择测量范围为025MPa、准确度等级为0.5级,这时允许的最大绝对误差为 由于变送器的测量范围为025MPa，输出信号范围为010mA,故压力为12MPa时,输出电流信号为 31例题分析析压力为15MPa时，输出电流信号为 这就是说说,当贮罐内内的压力力由12MPa变化到15MPa时,变送器的的输出电电流只变变化了1.2mA。在用差压压变送器器来测量量液位时时，由于于在液位位H=0时,差压变送送器的输输入差压压信号p并不一定定等于0，故要考考虑零点点的迁移移。实际际上迁移

12、移问题不不仅在液液位测量量中遇到到，在其其他参数数的测量量中也可可能遇到到。加上上迁移机机构，可可以改变变测量的的起始点点，提高高仪表的的灵敏度度(只不过这这时仪表表量程也也要作相相应改变变)。32016723P/kPa10I/mA123.12551533例题分析析 由本例题可知，如果确定正迁移量为7MPa，则变送器的量程规格可选为16MPa。那么此时变送器的实际测量范围为723MPa，即输入压力为7MPa时，输出电流为0mA；输入压力为23MPa时，输出电流为10mA。这时如果输入压力为12MPa，则输出电流为 输入压力为15MPa时,输出电流为 34例题分析析由此可知知，当输输入压力力由1

13、2MPa变化到15MPa时，输出出电流变变化了1.875mA，比不带带迁移机机构的变变送器灵灵敏度提提高了。变送器的的准确度度等级仍仍为0.5级，此时时仪表的的最大允允许绝对对误差为为(23-7)0.5%= 0.08MPa，所以，由于加加了迁移移机构，使仪表表的测量量误差减减少了。35例题分析析图4-15 法兰式差压变送器测液位362.用一台双双法兰式式差压变变送器测测量某容容器的液液位,如图4-15所示。已已知被测测液位的的变化范范围为03m,被测介质质密度=900kg/m3,毛细管内内工作介介质密度度0=950kg/m3。变送器器的安装装尺寸为为h1=1m, h2=4m。求变送送器的测测量

14、范围围,并判断零零点迁移移方向,计算迁移移量,当法兰式式差压变变送器的的安装位位置升高高或降低低时,问对测量量有何影影响?例题分析析解：当不考虑迁移量时,变送器的测量范围应根据液位的最大变化范围来计算。 液位为3m时,其压差为 这里值得一提的是压力单位Pa用SI基本单位时就相当于m-1kgs-2，即37例题分析析所以液柱柱压力用用Hg计算时,只要H用m,用kg/m3，g用m/s2为单位时时,相乘结果果的单位位就是Pa。上述计计算结果果pmax为26.487kPa,经过圆整整后,测量范围围可选030kPa。 根据图示,当液位高度为H时,差压变送器正压室所受的压力p1为 负压室所受的压力p2为38

15、例题分析析因此，差压变送器所受的压差为由上式可可知,该差压变变送器应应进行负负迁移,其迁移量量为h20g。当差压变变送器安安装的高高度改变变时,只要两个个取压法法兰间的的尺寸h2不变,其迁移量量是不变变的。39例题分析析3.用单法兰兰电动差差压变送送器来测测量敞口口罐中硫硫酸的密密度,利用溢流流来保持持罐内液液位H恒为1m。如图4-16所示。已已知差压压变送器器的输出出信号为为010mA,硫酸的最最小和最最大密度度分别为为min= 1.32(g/cm3),max= 1.82(g/cm3)图4-16流体密度度测量示示意图min=1.32(g/cm3),max= 1.82(g/cm3)要求:(1)

16、计算差压压变送器器的测量量范围；(2)如加迁移移装置,请计算迁迁移量；(3)如不加迁迁移装置置,可在负压压侧加装装水恒压压器(如图中虚虚线所示示)，以抵消消正压室室附加压压力的影影响,请计算出出水恒压压器所需需高度h。40例题分析析解：（1）若不考虑零点迁移,那么就要以max来计算差压变送器的测量范围。当=max = 1.82g/cm3时,差压变送器所承受的差压为将H=1m,max=1820kg/m3，g=9.81m/s2代入上式,得 如果选择差压变送器的测量范围为02104Pa,则当=max= 1.82g/cm3时,对应的变送器输出为 41例题分析析当=min=1.32g/cm3时,其差压为 这时差压变送器的输出为 由上可知知，当硫硫酸密度度由最小小值变化化到最大大值时，输出电电流由6.475mA变化到8.925mA，仅变化化了2.45mA，灵敏度度是很低低的。42例题分析析（2）为了提提高灵敏敏度，可可以考虑虑进行零零点迁移移，提高高测量的的起始点点。考虑虑到=max时，这时时所对应应的压差差仍为1.785104Pa，所以在在提高测测量起始始点的同同时，测测量上限限却可以以不改变